JP2005058867A - Hydrogen-separable sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素分離シートに関する。 The present invention relates to a hydrogen separation sheet.
周知のように、水素分離膜は半導体製造における高純度水素ガスや燃料電池の燃料となる水素ガスの取得に供されている。従来、このような水素分離膜に関する多くの技術が開発・実用化されているが、これら従来技術の共通点は、多孔質基材上に希少金属であるパラジウム(Pd)膜を形成する点である。 As is well known, hydrogen separation membranes are used for obtaining high-purity hydrogen gas in semiconductor manufacturing and hydrogen gas as fuel for fuel cells. Conventionally, many technologies related to such hydrogen separation membranes have been developed and put into practical use. The common point of these conventional technologies is that a palladium (Pd) membrane, which is a rare metal, is formed on a porous substrate. is there.
例えば、特開2003−135943号公報には、上記従来技術の1つとして、金属多孔体上に多孔質セラミックス層を形成し、この多孔質セラミックス層上にCVD法を用いてパラジウム膜あるいはパラジウム合金膜を形成する技術が開示されている。この技術によれば、金属多孔体と多孔質セラミックス層とを積層することにより水素分離膜の機械的強度を向上させることができる一方、パラジウム膜あるいはパラジウム合金膜の膜厚を0.3〜5μmに設定することにより、パラジウム化合物の使用量を抑えつつ良好な機械的強度及び水素透過率を実現している。
ところで、パラジウムは極めて高価な希少金属である。したがって、水素分離膜のコストを低減するためにはパラジウムの使用量を最小限に抑える必要がある。上記特開2003−135943号公報に開示された技術はパラジウム化合物つまりパラジウムの使用量を抑えることをも念頭に置くものであるが、当該技術よりもさらにパラジウムの使用量を抑えることが可能な技術の開発が切望されている。特に燃料電池用の燃料としての水素ガスの製造にはコスト低減が重要な課題となっており、当該製造コストの低減を実現するためには、水素ガスの製造に供される水素分離膜のコストを低減する必要がある。 By the way, palladium is a very expensive rare metal. Therefore, in order to reduce the cost of the hydrogen separation membrane, it is necessary to minimize the amount of palladium used. The technique disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-135943 is also intended to suppress the amount of palladium compound, that is, palladium, but it is possible to further reduce the amount of palladium used than that technique. The development of is eagerly desired. In particular, cost reduction is an important issue in the production of hydrogen gas as a fuel for fuel cells. In order to realize a reduction in the production cost, the cost of a hydrogen separation membrane used in the production of hydrogen gas is important. Need to be reduced.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とする。
(1)パラジウムの使用量を従来よりも低減させた水素分離シートを提供する。
(2)従来よりも安価な水素分離シートを提供する。
This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and aims at the following points.
(1) To provide a hydrogen separation sheet in which the amount of palladium used is reduced as compared with the prior art.
(2) To provide a hydrogen separation sheet that is less expensive than conventional ones.
上記目的を達成するために、本発明では、ステンレス粉あるいはニッケル(Ni)粉とパラジウム(Pd)粉あるいはパラジウム合金粉とを主とし、所定厚のシート状に成形した基材部と、該基材部に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金が他方の面に露出したパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金と連続して成る水素透過部とを具備する、という解決手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, a base material portion mainly formed of stainless steel powder or nickel (Ni) powder and palladium (Pd) powder or palladium alloy powder and formed into a sheet having a predetermined thickness; And a hydrogen permeation part which is arranged in a distributed manner on the material part and exposed from palladium (Pd) or palladium alloy which is exposed on one side and is continuous with palladium (Pd) or palladium alloy which is exposed on the other side. Is adopted.
上記解決手段によれば、基材部中に分散配置し、両面に露出すると共に連続したパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金によって水素が一方の面から他方の面に透過する。そして、このようなパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金は基材部に部分的に分散配置するので、パラジウム膜あるいはパラジウム合金膜を全面に設ける従来の水素分離膜よりもパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金の使用量を大幅に低減することができる。 According to the above solution, hydrogen is transmitted from one surface to the other surface by palladium (Pd) or a palladium alloy which is dispersedly arranged in the base material portion and is exposed on both surfaces and is continuous. Since such palladium (Pd) or palladium alloy is partially dispersed in the substrate portion, the palladium (Pd) or palladium alloy is more than the conventional hydrogen separation membrane having a palladium membrane or palladium alloy membrane on the entire surface. The amount used can be greatly reduced.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係わる水素分離シートAの外観構成を示す斜視図、また図2は当該水素分離シートAの拡大断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a hydrogen separation sheet A according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of the hydrogen separation sheet A.
本水素分離シートAは、粉末圧延法を用いることにより図1に示すように所定厚のシート状に成形したものである。このような本水素分離シートAは、図2に示すようにステンレス粉aを所定厚に成形した基材部A1と、該基材部A1に分散配置され、粒径がステンレス粉aよりも大きい単一のパラジウム(Pd)粉bを用いることでパラジウム(Pd)が両面に露出して成る水素透過部A2とから構成されている。 This hydrogen separation sheet A is formed into a sheet having a predetermined thickness as shown in FIG. 1 by using a powder rolling method. As shown in FIG. 2, the present hydrogen separation sheet A has a base material portion A1 formed of stainless steel powder a with a predetermined thickness, and is dispersedly arranged on the base material portion A1 and has a larger particle size than the stainless steel powder a. A single palladium (Pd) powder b is used to form a hydrogen permeable portion A2 in which palladium (Pd) is exposed on both sides.
複数のステンレス粉aから成る基材部A1は、本水素分離シートAの機械的強度を担う部分であり、一方、両面に露出した状態のパラジウム粉bから成る水素透過部A2は、水素を一方の面から他方の面に透過させる水素透過機能を有する。 The base material part A1 made of a plurality of stainless powders a is a part that bears the mechanical strength of the hydrogen separation sheet A, while the hydrogen permeation part A2 made of palladium powders b exposed on both sides is one of hydrogen. It has a hydrogen permeation function that allows permeation from one surface to the other.
図3は、本実施形態の変形例に係わる水素分離シートBの拡大断面図である。この水素分離シートBは、粒径が略同一のステンレス粉a1とパラジウム(Pd)粉b1とからなる混合粉を粉末圧延法を用いることにより所定厚のシート状に成形したものである。また、当該水素分離シートBは、ステンレス粉a1とパラジウム(Pd)粉b1とを主として含みかつ所定厚のシート状に成形した基材部B1と、該基材部B1に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム(Pd)粉b1が他方の面に露出したパラジウム(Pd)粉b1と他のパラジウム(Pd)粉b1を介して連接して成る水素透過部B2とから構成されている。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a hydrogen separation sheet B according to a modification of the present embodiment. This hydrogen separation sheet B is obtained by forming a mixed powder composed of stainless powder a1 and palladium (Pd) powder b1 having substantially the same particle size into a sheet having a predetermined thickness by using a powder rolling method. The hydrogen separation sheet B includes a base material part B1 mainly containing stainless powder a1 and palladium (Pd) powder b1 and formed into a sheet having a predetermined thickness, and is dispersedly arranged on the base material part B1. The palladium (Pd) powder b1 exposed on the surface is composed of a palladium (Pd) powder b1 exposed on the other surface and a hydrogen permeation part B2 connected through another palladium (Pd) powder b1.
パラジウム(Pd)粉b1を含むものの主にステンレス粉a1から成る基材部B1は、本水素分離シートBの機械的強度を担う部分であり、連接することによって両面を結ぶ複数のパラジウム(Pd)粉b1から成る水素透過部B2は、水素を一方の面から他方の面に透過させる水素透過機能を有する。 The base material part B1 mainly containing the stainless steel powder a1 containing the palladium (Pd) powder b1 is a part that bears the mechanical strength of the hydrogen separation sheet B, and a plurality of palladium (Pd) that connect both sides by connecting them. The hydrogen permeation part B2 made of the powder b1 has a hydrogen permeation function for permeating hydrogen from one surface to the other surface.
図4は、本実施形態の更なる変形例に係わる水素分離シートCの外観構成を示す斜視図である。この水素分離シートCは、上記各水素分離シートA,Bの両端部にステンレス粉から成る溶着部C1を設けたものである。この溶着部C1は、水素分離シートCの両端部を溶接するために設けられている。すなわち、パラジウムは溶接性に難点があるので、溶接製に優れたステンレス材のみから成る溶着部C1を設けることによって水素分離シートCと容易に密着固定することが可能となる。 FIG. 4 is a perspective view showing an external configuration of the hydrogen separation sheet C according to a further modification of the present embodiment. In this hydrogen separation sheet C, weld portions C1 made of stainless steel powder are provided at both ends of each of the hydrogen separation sheets A and B. The welded portion C1 is provided for welding both end portions of the hydrogen separation sheet C. That is, since palladium has a difficulty in weldability, it is possible to easily adhere and fix to the hydrogen separation sheet C by providing a welded portion C1 made of only a stainless material excellent in welding.
次に,図5は上記水素分離シートA,B,Cを製造するための製造装置Sのシステム構成図である。この製造装置Sは、原料粉末供給ホッパー1、ベルトフィーダー2、1対の圧延ローラ3A,3B及び加熱炉4を備えている。原料粉末供給ホッパー1は、ベルトフィーダー2の片端上方に配置されており、原料粉Xを予め規定された供給速度でベルトフィーダー2上に連続供給する。ベルトフィーダー2は、上記原料粉末供給ホッパー1によって片端に供給された原料粉Xを圧延ローラ3A,3Bの直上まで搬送して投下する。
Next, FIG. 5 is a system configuration diagram of a manufacturing apparatus S for manufacturing the hydrogen separation sheets A, B, and C. The manufacturing apparatus S includes a raw material powder supply hopper 1, a
圧延ローラ3A,3Bは、互いの周面が所定間隔を隔てて平行対峙するように配置されており、上記ベルトフィーダー2によって直上から投下された原料粉Xを圧延してシート化する。加熱炉4は、上記圧延ローラ3A,3Bの下方に設けられており、圧延ローラ3A,3Bによってシート化された原料粉X(原料シート)に熱処理を施して原料粉X間の密着性を高め、シートの厚さ方向に貫通した空隙を無くす。
The rolling rollers 3 </ b> A and 3 </ b> B are arranged so that their peripheral surfaces face each other at a predetermined interval, and the raw material powder X dropped from directly above by the
このような製造装置Sを用いて水素分離シートA,B,Cを製造する場合についてさらに詳しく説明する。最初に、水素分離シートAを製造する場合について説明する。この場合、原料粉Xは、ステンレス粉aとパラジウム(Pd)粉bとから成る混合粉であり、ステンレス粉aの中に当該ステンレス粉aよりも粒径が大きなパラジウム(Pd)粉bが均一に分散するように事前処理されたものである。このような原料粉Xは、原料粉末供給ホッパー1及びベルトフィーダー2を介して圧延ローラ3A,3B間の窪みに順次連続して供給され、シート化される。
The case where the hydrogen separation sheets A, B, and C are manufactured using such a manufacturing apparatus S will be described in more detail. First, the case where the hydrogen separation sheet A is manufactured will be described. In this case, the raw material powder X is a mixed powder composed of the stainless powder a and the palladium (Pd) powder b, and the palladium (Pd) powder b having a larger particle diameter than the stainless powder a is uniform in the stainless powder a. Are preprocessed to be distributed. Such raw material powder X is successively supplied to the recesses between the rolling rollers 3A and 3B via the raw material powder supply hopper 1 and the
ここで、水素分離シートAは、図2に示すように各パラジウム(Pd)粉bが両面に露出する状態となっているので、圧延ローラ3A,3Bによる圧延処理では、原料粉Xはパラジウム(Pd)粉bの粒径以下となる厚さ迄圧延される。実際には、水素分離シートAは、圧延時の押圧力によってパラジウム(Pd)粉bを押し潰し圧延することによって表裏面に貫通した孔がなくなった緻密化された図2に示す状態とされる。 Here, since the hydrogen separation sheet A is in a state where each palladium (Pd) powder b is exposed on both sides as shown in FIG. 2, in the rolling process by the rolling rollers 3A and 3B, the raw material powder X is palladium ( Pd) Rolled to a thickness equal to or less than the particle size of powder b. Actually, the hydrogen separation sheet A is brought into the state shown in FIG. 2 in which the holes penetrating the front and back surfaces are eliminated by crushing and rolling the palladium (Pd) powder b by the pressing force during rolling. .
次に、水素分離シートBを製造する場合、原料粉Xは、ほぼ同一粒径のステンレス粉a1とパラジウム(Pd)粉b1とから成る混合粉であり、ステンレス粉a1とパラジウム(Pd)粉b1とが均一に混じり合うように事前処理されたものである。そして、このような原料粉Xが原料粉末供給ホッパー1及びベルトフィーダー2を介して圧延ローラ3A,3B間の窪みに順次連続して供給されることによってシート化される。
Next, when manufacturing the hydrogen separation sheet B, the raw material powder X is a mixed powder composed of stainless powder a1 and palladium (Pd) powder b1 having substantially the same particle diameter, and the stainless powder a1 and palladium (Pd) powder b1. Are pre-processed so as to be mixed uniformly. Then, such raw material powder X is formed into a sheet by being successively supplied to the recess between the rolling rollers 3A and 3B via the raw material powder supply hopper 1 and the
次に、水素分離シートCを製造する場合には、圧延ローラ3A,3Bの上部周面部に仕切板を設けることによって当該上部周面部に連続する3つの区画k1〜k3を設ける。そして、これら各区画k1〜k3のうち、真中に位置する区画k2に水素分離シートA用あるいは水素分離シートB用の原料粉Xを供給し、当該区画k2の両側に位置する区画k1,k3にステンレス粉aを原料粉Xとして各々供給する。そして、このような各原料粉Xを圧延ローラ3A,3Bで圧延してシート化することによって水素分離シートCが製造される。 Next, when the hydrogen separation sheet C is manufactured, three partitions k1 to k3 continuous to the upper peripheral surface portion are provided by providing a partition plate on the upper peripheral surface portion of the rolling rollers 3A and 3B. Then, among these sections k1 to k3, the raw material powder X for the hydrogen separation sheet A or the hydrogen separation sheet B is supplied to the section k2 located in the middle, and the sections k1 and k3 located on both sides of the section k2 are supplied. Stainless powder a is supplied as raw material powder X, respectively. And each hydrogenated sheet | seat C is manufactured by rolling each such raw material powder | flour X with rolling roller 3A, 3B and making it into a sheet | seat.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)水素分離シートA,B,Cの製造に供するステンレス粉a,a1をニッケル(Ni)粉としても良い。
(2)水素分離シートA,B,Cの製造に供する各パラジウム(Pd)粉b,b1をパラジウム合金粉としても良い。また、バナジウム(V)粉あるいはバナジウム(V)合金粉としても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) The stainless steel powders a and a1 used for the production of the hydrogen separation sheets A, B and C may be nickel (Ni) powder.
(2) The palladium (Pd) powders b and b1 used for the production of the hydrogen separation sheets A, B and C may be palladium alloy powders. Further, vanadium (V) powder or vanadium (V) alloy powder may be used.
A,B,C……水素分離シート
a,a1……ステンレス粉
b,b1……パラジウム(Pd)粉
1…… 原料粉末供給ホッパー
2…… ベルトフィーダー
3A,3B……圧延ローラ
4……加熱炉
A, B, C ... Hydrogen separation sheet a, a1 ... Stainless steel powder b, b1 ... Palladium (Pd) powder 1 ... Raw material
Claims (2)
該基材部に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金が他方の面に露出したパラジウム(Pd)あるいはパラジウム合金と連続して成る水素透過部と
を具備することを特徴とする水素分離シート。 A base material portion mainly made of stainless steel powder or nickel (Ni) powder and palladium (Pd) powder or palladium alloy powder, and formed into a sheet of a predetermined thickness;
And a hydrogen permeation part which is dispersedly arranged on the base part and exposed continuously on one side of palladium (Pd) or palladium alloy exposed on the other side of palladium (Pd) or palladium alloy. Characteristic hydrogen separation sheet.
2. The hydrogen separation sheet according to claim 1, further comprising a welded portion made of stainless steel or nickel (Ni).
Priority Applications (1)
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JP2003290357A JP2005058867A (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Hydrogen-separable sheet |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2007181766A (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing carbon nano-structural body, catalytic metal particle composite material and its manufacturing method |
-
2003
- 2003-08-08 JP JP2003290357A patent/JP2005058867A/en active Pending
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